Συνεργασία μεταξύ εντέρου και εγκεφάλου - διαμόρφωση του ψυχισμού, των μυών και του ανοσοποιητικού συστήματος

Τα τελευταία χρόνια, οι μικροβιακοί συνάνθρωποί μας στο έντερο έχουν κάνει μια σχεδόν συγκλονιστική καριέρα χάρη στην εντατική έρευνα. Μέχρι πριν από μερικές δεκαετίες, ήταν ελάχιστα γνωστοί και θεωρούνταν στην καλύτερη περίπτωση βοηθητικοί παράγοντες στην πέψη και προμηθευτές μερικών βιταμινών. Αυτό έχει αλλάξει άρδην. Κάθε χρόνο, η έρευνα για το μικροβίωμα φέρνει στο φως ευρήματα σε ένα έκπληκτο κοινό που σχεδόν κανείς δεν θα είχε συνδέσει προηγουμένως με την εντερική χλωρίδα, γνωστή ως μικροβίωμα. Δεν έχουν ερευνηθεί τα πάντα μέχρι την τελευταία λεπτομέρεια. Γνωρίζουμε πολλά μόνο από πειράματα σε ζώα, τα αποτελέσματα των οποίων μπορούν να μεταφερθούν στον άνθρωπο μόνο με προσοχή. Παρ' όλα αυτά, έχουμε ήδη μια αρκετά ολοκληρωμένη εικόνα για το τι κάνει και τι θα μπορούσε να κάνει η εντερική χλωρίδα.

Η εντερική χλωρίδα είναι ποικιλόμορφη και μοναδική όπως ένα δακτυλικό αποτύπωμα

Κάθε άνθρωπος έχει μια τυπικά συγκροτημένη εντερική χλωρίδα που υποτίθεται ότι είναι μοναδική όπως ένα δακτυλικό αποτύπωμα. Αυτό είναι ένα από τα βασικά ευρήματα του Human Microbiome Project, το οποίο έθεσε ως στόχο την ανάλυση του πολύπλοκου οικοσυστήματος που ονομάζεται ανθρώπινο μικροβίωμα όσο το δυνατόν περισσότερων ανθρώπων. Οι ερευνητές έδωσαν ιδιαίτερη προσοχή στην εντερική χλωρίδα, καθώς αποτελεί ίσως το σημαντικότερο τμήμα του μικροβιώματος. Φιλοξενεί κυρίως βακτήρια, αλλά και ιούς και μύκητες. Μέχρι στιγμής, έχουν εντοπιστεί περίπου 1000 διαφορετικά είδη βακτηρίων. Δεδομένου ότι οι μέθοδοι ταυτοποίησης βελτιώνονται συνεχώς, αναμένεται ότι ο αριθμός των νεοανακαλυφθέντων βακτηριακών συν-κατοίκων θα αυξηθεί ακόμη περισσότερο. Παρά τη μεγάλη ποικιλομορφία, ωστόσο, οι ερευνητές έχουν επίσης εντοπίσει πρότυπα στη σύνθεση της εντερικής χλωρίδας που μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις τύπους εντερικής χλωρίδας, γνωστούς ως εντερότυποι. Οι επιστήμονες εργάζονται επί του παρόντος για τη συσχέτιση αυτών των επιμέρους εντεροτύπων με ορισμένα ανθρώπινα χαρακτηριστικά.

Το έντερο μιλάει στον εγκέφαλο - Τι κάνει ο άξονας έντερο-εγκέφαλος

Ο όρος "άξονας έντερο-εγκέφαλος" περιγράφει μια οδό επικοινωνίας μεταξύ του εντέρου και του εγκεφάλου, η οποία είχε περάσει απαρατήρητη για μεγάλο χρονικό διάστημα και επίσης δεν θεωρούνταν δυνατή. Δεν είναι τίποτα λιγότερο από τον έλεγχο των εγκεφαλικών λειτουργιών από το έντερο. Για πολλούς, αυτό είναι ακόμη και σήμερα δύσκολο να το χωνέψουν, καθώς δίνει στον όρο "εντερικό αίσθημα" ένα εντελώς νέο νόημα. Τι κρύβεται λοιπόν πίσω από τον άξονα έντερο-εγκέφαλος και πώς πρέπει να φανταστούμε ότι οι εγκεφαλικές λειτουργίες ελέγχονται από το έντερο Φυσικά, η συνομιλία μεταξύ του εντέρου και του εγκεφάλου δεν πρέπει να φανταστεί κανείς με την κυριολεκτική έννοια. Ακόμη και αν η φύση της επικοινωνίας δεν έχει ακόμη αποσαφηνιστεί σε όλα τα σημεία ή δεν έχει περάσει το στάδιο των πειραματικών παρατηρήσεων σε ζώα, η έρευνα σήμερα πιστεύει να γνωρίζει ότι το έντερο με την εντερική του χλωρίδα μπορεί να έρθει σε επαφή με τον εγκέφαλο για την ανταλλαγή πληροφοριών με τρεις τουλάχιστον τρόπους. Σε αυτούς περιλαμβάνεται ιδίως το πνευμονογαστρικό νεύρο, το οποίο συνδέει το έντερο και τον εγκέφαλο με επικοινωνιακό τρόπο. Αλλά και ορμόνες και νευροδιαβιβαστές όπως η σεροτονίνη, η ντοπαμίνη ή η μελατονίνη παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο. Όλες παράγονται στο έντερο για να δράσουν στα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου. Επιπλέον, τα μεταβολικά προϊόντα των εντερικών βακτηρίων συμμετέχουν στην επικοινωνία. Το βουτυρικό οξύ, για παράδειγμα, μπορεί να αλλάξει τις ιδιότητες του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Τα ανοσολογικά μόρια και οι κυτταροκίνες που παράγονται από τα βακτήρια του εντέρου μπορούν επίσης να επηρεάσουν τη φυσιολογία των νευρικών κυττάρων.

Το μικροβίωμα του εντέρου επηρεάζει τον ψυχισμό - Θα μπορούσαν να υπάρχουν ψυχοβιοτικά

Μελέτες σχετικά με τη σύνθεση και τη λειτουργία της χλωρίδας του εντέρου δείχνουν ότι η φύση της σύνθεσής της επηρεάζει τη λειτουργία του εγκεφάλου και την ψυχική ισορροπία. Εάν η εντερική χλωρίδα διαταράσσεται και βακτήρια με βλαβερή επίδραση κερδίζουν το πάνω χέρι, αυτό συσχετίζεται με διαταραχές της ψυχικής ευεξίας μέχρι και ψυχιατρικές ασθένειες όπως η κατάθλιψη, όπως θα μπορούσε να αποδείξει μια ομάδα ερευνητών από το Βέλγιο. Οι ερευνητές εξέτασαν 1.000 και πλέον δείγματα κοπράνων ως προς τη μικροβιακή τους σύνθεση και τη συσχέτισαν με την ψυχική υγεία των ιδιοκτητών τους. Στην πορεία, εντόπισαν βακτηριακά στελέχη που εμφανίζονται συχνότερα σε άτομα με καλή ψυχική υγεία. Αντίθετα, η απουσία αυτών των βακτηρίων υποδήλωνε ψυχικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένης της κατάθλιψης. Γίνεται συναρπαστικό όταν πρόκειται για την αντιμετώπιση των ψυχικών διαταραχών μέσω της στοχευμένης χορήγησης τέτοιων βακτηρίων. Δεν υπάρχουν ακόμη επαρκή δεδομένα σχετικά με αυτό, τα οποία θα επέτρεπαν τη θεραπευτική χρήση ενός κοκτέιλ ψυχοδραστικών βακτηρίων ως ψυχοβιοτικά. Θα ήταν επιθυμητό σε κάθε περίπτωση, δεδομένου ότι τα ψυχοτρόπα φάρμακα που διατίθενται σήμερα έχουν τα μειονεκτήματά τους.

Η εντερική χλωρίδα ελέγχει τη μυϊκή ανάπτυξη - τα εντερικά βακτήρια δρουν όπως τα αναβολικά στεροειδή

Οι στοχευμένες προπονητικές δραστηριότητες προάγουν τη μυϊκή ανάπτυξη και μπορούν να αντισταθμίσουν την παθολογική ή σχετιζόμενη με την ηλικία μυϊκή απώλεια. Το κατά πόσον το μικροβίωμα του εντέρου παίζει επίσης καθοριστικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητό. Μελέτες σε ποντίκια δείχνουν ότι το μικροβίωμα στο σύνολό του υποστηρίζει την προπόνηση μυϊκής ανάπτυξης των ζώων. Για το σκοπό αυτό, στα ποντίκια καταστράφηκε πρώτα πλήρως η μικροβιακή χλωρίδα τους με αντιβιοτικά. Στη συνέχεια, τα ζώα προπονήθηκαν στον τροχό του τρεξίματος όπως ακριβώς και τα μη επεξεργασμένα συνομήλικά τους. Στα ζώα με άθικτο μικροβίωμα, το αποτέλεσμα της προπόνησης, που μετρήθηκε ως μυϊκή μάζα που σχηματίστηκε, ήταν σημαντικά μεγαλύτερο από ό,τι στα ζώα χωρίς μικροβίωμα. Το κατά πόσον συγκεκριμένα βακτηριακά στελέχη ή οι αναβολικές ουσίες που παράγουν ευθύνονται για την αναβολική επίδραση θα διευκρινιστεί σε περαιτέρω μελέτες.

Το μικροβίωμα διαμορφώνει την ανοσία - Ενεργοποιείται η μη ειδική ανοσολογική άμυνα

Πώς μπορεί το ανοσοποιητικό σύστημα να αντιδράσει γρήγορα στους παθογόνους μικροοργανισμούς και να προστατεύσει τον άνθρωπο από τις λοιμώξεις Μια απάντηση παρέχεται από το μικροβίωμα. Σε γενικές γραμμές, το ανοσοποιητικό σύστημα αποτελείται από δύο τμήματα, το έμφυτο, μη ειδικό ανοσοποιητικό σύστημα και το προσαρμοστικό, ειδικό ανοσοποιητικό σύστημα. Το μικροβίωμα επικοινωνεί με δομές του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος που ονομάζονται δενδριτικά κύτταρα και τα θέτει σε μόνιμη κατάσταση ετοιμότητας για αντίδραση. Ενεργοποιημένο με αυτόν τον τρόπο, το έμφυτο ανοσοποιητικό σύστημα είναι σε θέση να αντιδράσει γρήγορα σε εισβολείς από την αναπνευστική οδό, το έντερο ή μέσω του δέρματος και, σε ένα δεύτερο βήμα, να ειδοποιήσει το ειδικό ανοσοποιητικό σύστημα. Εάν η ενεργοποίηση δεν πραγματοποιηθεί λόγω διαταραχών του μικροβιώματος, η ανοσολογική άμυνα δεν μπορεί να απωθήσει τον επιτιθέμενο το ίδιο γρήγορα, όπως έδειξαν πειράματα με ποντίκια χωρίς μικρόβια. Αυτό καθυστερεί επίσης την ειδοποίηση του ειδικού ανοσοποιητικού συστήματος. Ποια βιομόρια είναι υπεύθυνα για την επικοινωνία μεταξύ του μικροβιώματος και του ανοσοποιητικού συστήματος ερευνάται από ανοσολόγους στο Charité του Βερολίνου.

Αντοχή στον αποικισμό - τα εντερικά βακτήρια προστατεύουν από τους παθογόνους μικροοργανισμούς

Μια υγιής εντερική χλωρίδα ως μέρος του ανθρώπινου μικροβιώματος αποτελείται από μεγάλο αριθμό μικροοργανισμών. Οι σύγχρονες αναλυτικές μέθοδοι αποκαλύπτουν συνεχώς νέα, άγνωστα μέχρι σήμερα είδη βακτηρίων. Επί του παρόντος, η έρευνα υποθέτει τουλάχιστον 1000 διαφορετικά εντερικά βακτήρια και έναν σε μεγάλο βαθμό άγνωστο αριθμό ιών και μυκήτων. Αυτό το μικροβιακό πλήθος αποτελεί σημαντικό συστατικό της αντίστασης στον αποικισμό, η οποία καταστέλλει την εμφάνιση άλλων βακτηρίων και προστατεύει από παθογόνα. Με αυτόν τον τρόπο, μια υγιής εντερική χλωρίδα διασφαλίζει ότι κανένα παθογόνο δεν μπορεί να πολλαπλασιαστεί στο έντερο και να εισέλθει στην κυκλοφορία του αίματος μέσω του εντερικού βλεννογόνου.

Το μικροβίωμα είναι ένας βιοαντιδραστήρας - τα βακτήρια παράγουν σημαντικά βιομόρια

Η επικοινωνία μεταξύ του εντέρου και του εγκεφάλου πραγματοποιείται τόσο νευρικά μέσω του πνευμονογαστρικού νεύρου όσο και χυμικά μέσω νευροδιαβιβαστών και νευροορμονών. Οι περισσότεροι από τους χυμικούς αγγελιοφόρους παράγονται στο έντερο από τα εντερικά βακτήρια, αλλά και στον εγκέφαλο. Έτσι εξασφαλίζεται η αμοιβαία επικοινωνία. Η σεροτονίνη, η νοραδρεναλίνη και η ντοπαμίνη συμμετέχουν στη χυμική επικοινωνία. Η σεροτονίνη είναι επίσης γνωστή ως η ορμόνη της ευτυχίας και συμβάλλει σημαντικά στην ψυχική ευεξία.
Λιγότερο γνωστά είναι τα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας, τα οποία επίσης παράγονται από τα εντερικά βακτήρια. Σε αυτά περιλαμβάνονται το βουτυρικό οξύ (βουτανοϊκό) και το βαλερικό οξύ (πεντανοϊκό), τα οποία, σύμφωνα με μελέτη των πανεπιστημίων του Würzburg και του Marburg, καθιστούν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος πιο επιθετικά. Εάν ήταν δυνατόν να χρησιμοποιηθεί αυτή η επίδραση των δύο λιπαρών οξέων με στοχευμένο θεραπευτικό τρόπο, οι θεραπείες του καρκίνου θα μπορούσαν να γίνουν πιο αποτελεσματικές. Αυτή είναι η ελπίδα των ερευνητών.
Τα βακτήρια της εντερικής χλωρίδας παράγουν επίσης βιταμίνες. Σε αυτές περιλαμβάνονται η βιοτίνη, το φυλλικό οξύ, οι βιταμίνες Β2 και Β12 καθώς και η βιταμίνη Κ. Είναι γνωστό ότι ένα σημαντικό μέρος των ημερήσιων αναγκών σε βιταμίνη Β12 παράγεται από τα εντερικά βακτήρια.

Συμπέρασμα: Όποιος πιστεύει ότι όλα είναι γνωστά για το έντερο και την εντερική του χλωρίδα και ότι δεν μπορεί να ανακαλυφθεί τίποτα καινούργιο, κάνει λάθος. Τα τρέχοντα ερευνητικά προγράμματα αναζητούν πολύ εντατικά τις δυνατότητες θεραπείας ορισμένων ασθενειών μέσω στοχευμένων αλλαγών στην εντερική χλωρίδα. Αυτό φτάνει μέχρι την πλήρη αντικατάσταση μιας παθολογικά τροποποιημένης εντερικής χλωρίδας από μια υγιή με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά.

Πηγή: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression. Nat Microbiol 4, 623-632 (2019). https://doi.org/10.1038/s41564-018-0337-x
Taylor R. Valentino, et al. Dysbiosis of the gut microbiome impairs mouse skeletal muscle adaptation to exercise, The Journal of Physiology, First published: 26 September 2021,https://doi.org/10.1113/JP281788
Laura Schaupp et al. Microbiota-Induced Type I Interferons Instruct a Poised Basal State of Dendritic Cells, Cell Volume 181, ISSUE 5, P1080-1096.e19, May 28, 2020DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.022
Maik Luu, et al. Microbial short-chain fatty acids modulate CD8+ T cell responses and improve adoptive immunotherapy for cancer. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1